[发明专利]具有分形叶片的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器

说明书

本发明提供了一种具有分形叶片的喷嘴，内层圆筒和外层圆筒同轴设置，内层圆筒围成内层流道，内层圆筒和外层圆筒之间形成外层流道，分形叶片夹设于所述内层圆筒和外层圆筒之间；可燃混合物进入内层流道和外层流道，在分形叶片的作用下，外层流道的可燃混合物同时沿轴向和圆周方向运动，并与内层流道的可燃混合物汇合后喷出。本发明的喷嘴具有分形叶片，有利于提高喷嘴的旋流能力、稳定性和燃烧效率，抑制分形叶片上的流动分离、减小阻塞和流动损失。

技术领域

本发明涉及燃烧装置领域，尤其是一种可以提高燃烧器的效率和稳定性、拓宽回火裕度、减小污染物排放喷嘴，其特别适用于燃气轮机、工业燃烧器、加热器、加热炉等。

背景技术

燃气轮机由于单机体积小和输出功率大等特点，广泛应用于电力、航空、石油化工等行业。由于能源危机和环境恶化，急需发展高效清洁燃烧室，要求燃烧室具有点火可靠、燃烧稳定、效率高及低排放等特性。当前我国环境污染问题十分严重，发展燃气轮机清洁燃烧技术十分迫切。燃气轮机厂商已经开发了多种清洁燃烧技术，如贫预混燃烧技术、稀相预混预蒸发技术、贫油直喷技术以及催化燃烧技术等，这些技术虽然可以有效降低污染物的排放，但都面临燃烧不稳定的问题、而且这件燃烧器结构复杂、零部件多。其它工业燃烧器也面临类似的问题。

因而，亟需一种结构简单紧凑、零部件少、燃烧稳定、污染物排放低的燃烧装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有分形叶片的喷嘴、喷嘴阵列和燃烧器。

(二)技术方案

本发明提供了一种具有分形叶片的喷嘴，包括内层圆筒、外层圆筒和分形叶片，其中，所述内层圆筒和外层圆筒同轴设置，所述内层圆筒围成内层流道，所述内层圆筒和外层圆筒之间形成外层流道，所述分形叶片夹设于所述内层圆筒和外层圆筒之间；可燃混合物进入所述内层流道和外层流道，在所述分形叶片的作用下，所述外层流道的可燃混合物同时沿轴向和圆周方向运动，并与所述内层流道的可燃混合物汇合后喷出。

优选地，所述分形叶片包括由上游至下游方向分布的多级分形叶片，每级分形叶片包括多个叶片，所述叶片具有相对于轴向的倾角。

优选地，所述多级分形叶片的数目按照2^n-1倍的规律增多，上一级分形叶片的每个叶片对应下一级分形叶片的两个叶片，下一级分形叶片的所述两个叶片对称布置在上一级分形叶片的所述叶片的两侧。

优选地，还包括：网孔板，其设置于内层流道，可燃混合物经网孔板进入内层流道。

优选地，还包括：在所述分形叶片、网孔板和内层圆筒上涂覆有催化剂涂层。

优选地，所述叶片的上游端修形为燕尾形、锯齿形、圆弧形或多圆弧形。

优选地，所述外层圆筒的上游段为中空腔体；所述分形叶片为中空结构，形成一内部燃料通道，所述分形叶片的尾缘和/或前缘开有第一燃料喷射孔，其连接外层圆筒中空腔体内壁的侧面开口；外层圆筒中空腔体内壁与分形叶片侧面开口对应的位置也具有开口，中空腔体与分形叶片的内部燃料通道连通；燃料或空气进入中空腔体，然后进入分形叶片的内部燃料通道，并由分形叶片的第一燃料喷射孔喷射至外层流道，与进入外层流道的空气或燃料掺混形成可燃混合物。

优选地，所述分形叶片连接内层圆筒的侧面开有第二燃料喷射孔；内层圆筒与第二燃料喷射孔对应的位置开有通孔，通过第二燃料喷射孔与通孔，分形叶片的内部燃料通道与内层流道连通；燃料或空气经中空腔体进入分形叶片的内部燃料通道，一部分燃料或空气由第一燃料喷射孔喷射至外层流道，与进入外层流道的空气或燃料掺混形成可燃混合物，另一部分燃料或空气通过第二燃料喷射孔进入内层流道，与进入内层流道的空气或燃料进行掺混，形成可燃混合物。